火電廠鍋爐引風(fēng)機(jī)改造策略研究

吳東宇

摘要：引風(fēng)機(jī)是火電廠鍋爐的重要組成部分，是保障鍋爐正常運(yùn)行的關(guān)鍵。隨著我國(guó)環(huán)保政策的實(shí)施以及節(jié)能增效戰(zhàn)略的實(shí)施，改造火電廠鍋爐引風(fēng)機(jī)具有重要意義。本文結(jié)合多年工作經(jīng)驗(yàn)，立足于節(jié)能增效視角，以火電廠鍋爐引風(fēng)機(jī)改造的必要性作為切入點(diǎn)，結(jié)合矸電公司引風(fēng)機(jī)故障詳細(xì)闡述改造#3、#4鍋爐引風(fēng)機(jī)的具體措施，并且就改造效果進(jìn)行分析，以此為今后工作提供參考經(jīng)驗(yàn)。

關(guān)鍵詞：火電廠;鍋爐;引風(fēng)機(jī);改造

引風(fēng)機(jī)是鍋爐的重要組成部分，是保障發(fā)電廠正常運(yùn)行的關(guān)鍵設(shè)備。隨著節(jié)能增效戰(zhàn)略的實(shí)施，尤其是國(guó)家環(huán)保改革的深入實(shí)施要求火電廠必須要進(jìn)行技改，淘汰傳統(tǒng)落后的生產(chǎn)模式，引入具有節(jié)能、增效的環(huán)保設(shè)備。例如除塵改造、脫硝改造以及脫硫改造等增加了鍋爐煙風(fēng)系統(tǒng)的總阻力，導(dǎo)致鍋爐引風(fēng)系統(tǒng)無法滿足鍋爐機(jī)組負(fù)荷運(yùn)行要求，因此需要對(duì)其進(jìn)行改造。

一、火電廠鍋爐引風(fēng)機(jī)改造的必要性

基于環(huán)保政策的深入實(shí)施，結(jié)合多年工作經(jīng)驗(yàn)，火電廠鍋爐引風(fēng)機(jī)常見故障主要表現(xiàn)為：一是振動(dòng)。振動(dòng)是引風(fēng)機(jī)常見的故障，也是影響火電廠安全生產(chǎn)的重要因素。比如在鍋爐引風(fēng)機(jī)運(yùn)行的過程中，由于葉輪與機(jī)殼之間發(fā)生摩擦，就會(huì)導(dǎo)致風(fēng)機(jī)出現(xiàn)振動(dòng);二是鍋爐引風(fēng)機(jī)軸承溫度過高。導(dǎo)致鍋爐引風(fēng)機(jī)軸承溫度過高的因素比較多，例如在其運(yùn)行的過程中需要不斷使用冷水對(duì)軸承進(jìn)行降溫，但是在實(shí)踐操作中由于各種因素的限制，導(dǎo)致冷卻水降溫不及時(shí)就會(huì)導(dǎo)致軸承的溫度過高，而軸承溫度過高后就會(huì)出現(xiàn)振動(dòng)問題;三是引風(fēng)機(jī)葉輪易磨損。引風(fēng)機(jī)作為尾部的吸塵風(fēng)機(jī)，除塵器過濾后的細(xì)小灰塵會(huì)通過風(fēng)機(jī)拍向煙道，在拍向煙道過程中，高溫的灰塵及顆粒會(huì)附著在風(fēng)機(jī)葉片上，長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行會(huì)導(dǎo)致風(fēng)機(jī)振動(dòng)的增大，影響風(fēng)機(jī)的正常運(yùn)行，同時(shí)在風(fēng)機(jī)內(nèi)部氣流的帶動(dòng)下，高速的灰塵、顆粒還會(huì)對(duì)空心葉輪進(jìn)行磨損，嚴(yán)重的會(huì)導(dǎo)致風(fēng)機(jī)葉輪焊縫開裂，灰塵進(jìn)入空心葉輪內(nèi)部，使風(fēng)機(jī)出現(xiàn)動(dòng)不平衡現(xiàn)象，嚴(yán)重影響風(fēng)機(jī)的出力。

引風(fēng)機(jī)是火電廠的重要設(shè)備，是保障鍋爐安全運(yùn)行的基礎(chǔ)設(shè)備。隨著節(jié)能增效政策的實(shí)施，對(duì)鍋爐引風(fēng)機(jī)進(jìn)行改造具有內(nèi)在必然性：首先對(duì)鍋爐引風(fēng)機(jī)進(jìn)行改造是適應(yīng)火電廠技改的重要舉措。隨著環(huán)保政策的實(shí)施，降低火電廠能源消耗是我國(guó)經(jīng)濟(jì)高質(zhì)量發(fā)展的內(nèi)在要求，例如2020年國(guó)務(wù)院發(fā)布《關(guān)于加快建立健全綠色低碳循環(huán)發(fā)展經(jīng)濟(jì)體系的指導(dǎo)意見》明確提出要減少污染物的總體排放。煤矸石發(fā)電具有節(jié)能性，但是在煤矸石發(fā)電的過程中會(huì)產(chǎn)生大量的二氧化碳等，需要通過引風(fēng)機(jī)對(duì)其進(jìn)行環(huán)保處理。因此基于環(huán)保形勢(shì)的要求需要對(duì)其進(jìn)行改造;其次引風(fēng)機(jī)是保障火電廠安全生產(chǎn)的重要設(shè)備，隨著火電廠鍋爐系統(tǒng)的升級(jí)改造，引風(fēng)系統(tǒng)已經(jīng)不能滿足現(xiàn)代發(fā)電企業(yè)的要求，因此火電廠必須要對(duì)其進(jìn)行改造，只有改造后才能滿足煤矸石發(fā)電過程中所產(chǎn)生的各種污染物的處理工作;最后對(duì)引風(fēng)機(jī)進(jìn)行改造是提升火電廠經(jīng)濟(jì)效益的重要舉措。通過對(duì)引風(fēng)機(jī)進(jìn)行改造不僅可以有效提升產(chǎn)能、而且還可以有效降低能源的消耗，提高風(fēng)機(jī)運(yùn)行的穩(wěn)定性，從而助力于火電廠經(jīng)濟(jì)效益的提升。

火電廠鍋爐引風(fēng)機(jī)運(yùn)行工況分析

火電廠鍋爐引風(fēng)機(jī)常見于鍋爐燃燒系統(tǒng)、給風(fēng)系統(tǒng)以及通風(fēng)系統(tǒng)等結(jié)構(gòu)中。由于煤矸石火電廠鍋爐在運(yùn)行的過程中會(huì)產(chǎn)生大量的床料，床料的流化、爐渣的排放以及煙灰的輸送等環(huán)節(jié)基本上都是靠風(fēng)來實(shí)現(xiàn)的。鍋爐的風(fēng)系統(tǒng)包括燃燒用風(fēng)和輸送用風(fēng)系統(tǒng)兩個(gè)部分，常用到的設(shè)備主要有一次風(fēng)機(jī)、二次風(fēng)機(jī)、引風(fēng)機(jī)、等風(fēng)機(jī)設(shè)備。其中，引風(fēng)機(jī)是鍋爐的主要耗電輔機(jī)設(shè)備。一次風(fēng)機(jī)多為容量較大的高壓風(fēng)機(jī)，在鍋爐工作中用途最多、功率最大，一次用風(fēng)量占鍋爐總風(fēng)量的比重高達(dá) 65% 以上（重點(diǎn)說明引風(fēng)機(jī)）。為了準(zhǔn)確分析火電廠鍋爐引風(fēng)機(jī)運(yùn)行工況，本文以矸電公司的3#爐一臺(tái)額定蒸發(fā)量為1177t/h 的循環(huán)流化床鍋爐為例（330MW為例），對(duì)不同運(yùn)行工況下鍋爐煙風(fēng)系統(tǒng)兩臺(tái)離心式引風(fēng)機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)和性能參數(shù)進(jìn)行研究。該鍋爐的引風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速為960 r/min。配套三相異步電動(dòng)機(jī)，額定功率 4900 kW，額定電流 398A，額定電壓 6 kV。引風(fēng)機(jī)主要采用定速運(yùn)行的方式。隨著節(jié)能增效的實(shí)施，引風(fēng)機(jī)系統(tǒng)已經(jīng)不能滿足現(xiàn)代節(jié)能減排的要求，因此需要對(duì)其進(jìn)行改造。

變頻調(diào)速能夠滿足電機(jī)調(diào)速的指標(biāo)，是目前比較好的調(diào)速方式。能夠?qū)崿F(xiàn)無級(jí)調(diào)速;啟動(dòng)電流小，起動(dòng)轉(zhuǎn)矩大;調(diào)速精度高;可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制;調(diào)速效率高;對(duì)于風(fēng)機(jī)泵類負(fù)載驅(qū)動(dòng)，降速運(yùn)行節(jié)能效果非常明顯。但是其也存在以下缺陷，變頻器的硬件成本較高，一次性投入高;變頻器的硬件結(jié)構(gòu)所限制，6脈動(dòng)整流，對(duì)電網(wǎng)產(chǎn)生諧波，對(duì)電網(wǎng)造成污染;可能產(chǎn)生軸電流，對(duì)電機(jī)軸承造成損傷等。但是綜合 分析火電廠鍋爐引風(fēng)機(jī)采取變頻運(yùn)行方式較為合理。

二、火電廠鍋爐引風(fēng)機(jī)節(jié)能改造的具體方案

基于火電廠鍋爐引風(fēng)機(jī)運(yùn)行中所存在的能耗高的缺點(diǎn)問題，本次對(duì)引風(fēng)機(jī)進(jìn)行變頻節(jié)能改造。變頻調(diào)速技術(shù)是一種以改變電機(jī)頻率和改變電壓來達(dá)到電機(jī)調(diào)速和調(diào)節(jié)負(fù)荷目的的技術(shù)。變頻運(yùn)行能夠減少磨損，不易使風(fēng)機(jī)在軸承、葉片、等部件處出現(xiàn)問題，提高了風(fēng)機(jī)運(yùn)行的穩(wěn)定性。經(jīng)過綜合調(diào)研分析，采用“高壓變頻器 + 低壓電動(dòng)機(jī)”調(diào)速方案改造傳統(tǒng)的風(fēng)門擋板調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)，采用 HIVERT—Y06/173 型高壓變頻器三相 Y 聯(lián)接直接給電動(dòng)機(jī)供電。高壓變頻器自帶的“商用電切換”功能能夠?qū)ψ冾l和工頻電源實(shí)現(xiàn)無擾切換，當(dāng)變頻裝置出現(xiàn)問題時(shí)能夠立刻斷開進(jìn)、出線開關(guān)，隔離變頻器，同時(shí)將電源自動(dòng)切換至工頻電源，大大增強(qiáng)了鍋爐運(yùn)行的安全性和穩(wěn)定性。根據(jù)中國(guó)工業(yè)用電電壓等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，高壓變頻器主要是指采用 3 kV、6 kV和 10 kV 幾個(gè)電壓等級(jí)的變頻器，我廠用電壓采用6kV，經(jīng)改造后3#鍋爐煙風(fēng)系統(tǒng)引風(fēng)機(jī)：變頻器接線圖如圖1所圖1中的空氣隔斷器 QF 為原引風(fēng)機(jī)高壓開關(guān)斷路器，KM1、KM2 和 KM3 為變頻器內(nèi)部的真空接觸器，QS1 和 QS2 為變頻器內(nèi)部手動(dòng)隔離開關(guān)。系統(tǒng)改造后，高壓變頻調(diào)速控制系統(tǒng)設(shè)有自動(dòng)閉鎖系統(tǒng)，運(yùn)行狀態(tài)下，電源側(cè)隔離開關(guān) QS1 和負(fù)荷側(cè)隔離開關(guān) QS2 不能操作，KM2、QS2 和旁路開關(guān)KM3之間互相閉鎖，即在引風(fēng)機(jī)正常工作狀態(tài)下，不能通過手動(dòng)操作實(shí)現(xiàn)變頻運(yùn)行向工頻運(yùn)行的轉(zhuǎn)換。

對(duì)原 3#爐煙風(fēng)系統(tǒng)引風(fēng)機(jī)實(shí)施變頻調(diào)節(jié)后，主要通過 DCS 系統(tǒng)對(duì)引風(fēng)機(jī)實(shí)施變頻調(diào)速控制，根據(jù)鍋爐煙氣溫度、鍋爐蒸汽溫度和負(fù)壓等模擬參數(shù)調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)輸出值并自動(dòng)反饋給變頻器，由變頻器根據(jù)信號(hào)對(duì)引風(fēng)機(jī)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)節(jié)能運(yùn)行的目的。

三、火電廠鍋爐引風(fēng)機(jī)改造后的效果

我廠鍋爐引風(fēng)機(jī)經(jīng)過改造后，在運(yùn)行6個(gè)月后通過統(tǒng)計(jì)分析，其改造效果如下：

引風(fēng)機(jī)運(yùn)行故障控制效果分析

通過分析改造后的引風(fēng)機(jī)發(fā)生振動(dòng)故障的概率得到明顯的遏制，其主要是通過采取變頻運(yùn)行方式之后實(shí)現(xiàn)了變頻控制電源和主電源的相互獨(dú)立，因此當(dāng)交流電源出現(xiàn)故障后，引風(fēng)機(jī)不會(huì)停止工作，這樣一來有效解決了引風(fēng)機(jī)頻繁啟停造成的機(jī)械性振動(dòng)故障。

2.節(jié)能效果分析

傳統(tǒng)的引風(fēng)機(jī)具有能源消耗大，收益低的弊端，而通過對(duì)引風(fēng)機(jī)進(jìn)行變頻節(jié)能改造后，實(shí)現(xiàn)了節(jié)能增效的目的。通過鍋爐煙風(fēng)系統(tǒng)引風(fēng)機(jī)變頻改造前后節(jié)能效果對(duì)比可以看出變頻調(diào)節(jié)后，在變頻調(diào)速控制下，引風(fēng)機(jī)耗電量約相當(dāng)于擋板節(jié)流調(diào)節(jié)控制下的65% ～70%，節(jié)能約 30% ～ 35%。

綜上所述，隨著節(jié)能增效政策的實(shí)施，變頻調(diào)速技術(shù)已經(jīng)被廣泛的應(yīng)用，其具有高電壓、大容量變頻技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)，與變極調(diào)速、滑差調(diào)速、液力耦合器調(diào)速等方法相比，變頻調(diào)速節(jié)能技術(shù)具有更明顯的優(yōu)勢(shì)，因此企業(yè)通過采取變頻運(yùn)行方式對(duì)鍋爐引風(fēng)機(jī)進(jìn)行改造后，有效解決了引風(fēng)機(jī)故障發(fā)生率、為企業(yè)節(jié)省了大量的資金，有效推動(dòng)火電廠高質(zhì)量發(fā)展。

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